2025年大學《分子科學與工程》專業(yè)題庫——分子工程在可再生能源中的應用考試時間：______分鐘總分：______分姓名：______一、選擇題（每小題2分，共20分）1.下列哪一項不屬于分子工程的主要研究范疇？A.通過原子或分子級別的操作改變材料的化學組成B.利用自組裝技術構建有序的納米結(jié)構C.研究宏觀尺度下材料的力學性能D.設計具有特定功能的分子或超分子體系2.在染料敏化太陽能電池（DSSC）中，分子工程主要關注以下哪個環(huán)節(jié)的優(yōu)化？A.太陽能電池的封裝技術B.染料分子對光子的吸收特性及與半導體表面的結(jié)合C.電解液的穩(wěn)定性和離子導電性D.背電極的材料選擇3.鈣鈦礦太陽能電池效率的提升，很大程度上得益于分子工程對哪方面的調(diào)控？A.電解質(zhì)的離子電導率B.鈣鈦礦晶體的取向和尺寸C.電子傳輸層的材料選擇和能級匹配D.太陽光的聚焦方式4.下列哪種生物催化劑是通過分子工程改造酶的結(jié)構而獲得的？A.天然存在的脂肪酶B.經(jīng)過篩選的耐高溫菌產(chǎn)生的蛋白酶C.通過基因工程改造，提高其催化活性或底物特異性的酶D.從動植物中提取的淀粉酶5.在生物質(zhì)制乙醇過程中，分子工程可以應用于哪些環(huán)節(jié)？（多選）A.設計高效降解纖維素和半纖維素的酶B.培育產(chǎn)生更多糖的轉(zhuǎn)基因作物C.開發(fā)選擇性去除副產(chǎn)物的分子篩D.優(yōu)化酵母菌對乙醇的耐受性6.鋰離子電池正極材料LiFePO4的性能提升，可以通過分子工程手段實現(xiàn)，以下哪種方法不屬于此類？A.離子摻雜以改變能帶結(jié)構B.納米結(jié)構設計以縮短離子和電子傳輸路徑C.表面包覆以改善循環(huán)穩(wěn)定性D.直接改變電解液成分7.分子工程在燃料電池中的應用，主要目標是解決以下哪個問題？A.降低電池的制造成本B.提高電極材料的本征催化活性C.減小電池的內(nèi)部電阻D.增強電池對燃料中雜質(zhì)（如CO）的耐受性8.“分子設計”在分子工程中意味著什么？A.在宏觀尺度上設計材料的結(jié)構形態(tài)B.精確設計分子的化學結(jié)構和功能基團，以實現(xiàn)特定目標C.通過分子模擬預測材料的性能D.對大量分子進行隨機篩選以獲得有用者9.以下哪項技術通常不被歸類為典型的分子工程方法？A.基因編輯技術用于改造微生物代謝途徑B.原子層沉積（ALD）用于精確構筑納米級薄膜C.溶膠-凝膠法用于制備無機氧化物材料D.自組裝技術用于構建超分子結(jié)構10.分子工程在可再生能源領域面臨的主要挑戰(zhàn)之一是？A.理論研究方法的局限性B.難以實現(xiàn)原子或分子級別的精確控制C.成本過高，難以商業(yè)化D.可再生能源本身具有不穩(wěn)定性二、填空題（每空2分，共20分）1.分子工程旨在通過______、______和______等手段，創(chuàng)造具有特定功能的新物質(zhì)或材料。2.染料敏化太陽能電池中，通常使用______作為光敏劑，它能夠吸收可見光并傳遞電子給半導體。3.鈣鈦礦太陽能電池的化學式通常表示為ABX3，其中A位通常可以取代，以調(diào)控材料的______和______。4.在生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中，分子工程可以用來改造______，提高其對復雜有機物的降解效率。5.鋰離子電池中，負極材料通常通過______或______的分子工程策略來提高其容量和循環(huán)壽命。6.燃料電池的陽極反應通常涉及燃料的______，分子工程可以用于設計高效的催化劑。7.分子工程的核心在于理解并調(diào)控物質(zhì)在______尺度上的性質(zhì)和功能。8.酶的分子改造可以通過______、______或______等生物化學技術實現(xiàn)。9.分子工程在提高儲能器件性能方面，一個重要的目標是優(yōu)化材料與電解液之間的______。10.將分子工程應用于可再生能源領域，需要克服的挑戰(zhàn)包括______和______。三、簡答題（每題5分，共15分）1.簡述分子工程與材料科學傳統(tǒng)研究方法的主要區(qū)別。2.闡述分子工程在提高太陽能電池光吸收效率方面的基本思路。3.分子工程如何應用于開發(fā)高效且環(huán)保的生物質(zhì)能源？四、論述題（每題10分，共20分）1.詳細論述分子工程在鋰離子電池正極材料設計中的關鍵作用及其面臨的挑戰(zhàn)。2.結(jié)合具體實例，論述分子工程如何推動燃料電池技術的進步，并分析其商業(yè)化應用前景。試卷答案一、選擇題1.C2.B3.B4.C5.A,B,C,D6.D7.B,C,D8.B9.C10.B二、填空題1.分子設計，分子合成，分子修飾2.堿性染料3.能帶隙，光學性質(zhì)4.酶5.納米化，表面改性6.氧化/電氧化7.原子/分子8.定點突變，基因融合，蛋白質(zhì)工程9.相互作用10.成本控制，規(guī)?；a(chǎn)三、簡答題1.解析思路：分子工程強調(diào)在原子、分子層面進行設計、修飾和組裝，以實現(xiàn)特定功能，其研究對象和手段更微觀、更精準。傳統(tǒng)材料科學方法更多側(cè)重于宏觀制備、性能測試和經(jīng)驗總結(jié)，對微觀結(jié)構-性能關系的控制精度相對較低。2.解析思路：提高光吸收效率可以通過拓寬光譜響應范圍（分子工程設計寬吸收帶材料或復合結(jié)構）、增加光捕獲（設計具有光捕獲結(jié)構的電極材料、利用分子工程調(diào)控表面形貌）、減少光損失（優(yōu)化染料/半導體界面、分子工程設計高效電子傳輸材料）等思路實現(xiàn)。3.解析思路：分子工程可通過理性設計或定向進化改造酶催化劑，提高其對纖維素等復雜底物的催化效率和特異性。通過分子設計合成新型催化劑或功能分子，選擇性去除生物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的副產(chǎn)物，或設計高效的分子篩進行分離提純，從而優(yōu)化轉(zhuǎn)化路線和產(chǎn)品純度。四、論述題1.解析思路：正極材料的設計涉及選擇合適的活性元素（如LiFePO4中的Fe和P）、調(diào)控晶體結(jié)構（如通過分子工程實現(xiàn)P-O-P鏈的扭曲或晶格應變以打開通道）、改變表面形貌（如納米化、包覆），這些都有助于提高材料的電子/離子電導率、降低脫鋰電壓、抑制體積膨脹和表面副反應，從而提升容量、循環(huán)壽命和安全性。面臨的挑戰(zhàn)包括如何精確調(diào)控微觀結(jié)構、如何降低成本、如何實現(xiàn)大規(guī)模穩(wěn)定制備等。2.解析思路：分子工程在燃料電池中推動技術進步體現(xiàn)在：設計高本征活性的電催化劑（如通過分子設計合成新型貴金屬或非貴